Росатом формирует сырьевую базу для замыкания ядерного топливного цикла — обесфторивает обедненный гексафторид урана. Полученный оксид урана аккумулируется для последующего использования в замкнутом ядерном топливном цикле. Замыкание цикла сделает производство атомной энергии практически безотходным. А благодаря многократному использованию одного и того же объема урана атомную энергетику можно будет отнести к возобновляемым источникам энергии.
Работа в паре
«Основная задача, которую предстоит решить мировой ядерной отрасли, заключается в замыкании ядерного топливного цикла, а за счет него — преодолении проблем утилизации отработавшего ядерного топлива. Если мы преуспеем в ее решении, ядерная энергия станет по сути возобновляемой, не оставляющей после себя фактически никаких отходов. По крайней мере, отходов будет не больше, чем остается после окончания срока службы солнечных панелей. Именно этого все ожидают от следующего, четвертого поколения реакторов — они смогут дожигать уран, извлеченный из отработавшего топлива», — объясняет директор регионального центра «Росатом Западная Европа» Андрей Рождествин.
Стратегическая линия Росатома — замыкание ядерного топливного цикла с помощью двухкомпонентной энергетики, где реакторы на тепловых нейтронах («обычные») и быстрых нейтронах будут работать в технологической связке.
Обычные реакторы работают на топливе, где содержание изотопа урана‑235 составляет немногим ниже 5 %. Это обогащенный уран, потому что в природе содержание урана‑235 составляет всего 0,7 %. Остальное — уран‑238.
Топливом для быстрых реакторов может служить смесь из обедненного урана (о нем см. ниже) и радиоактивных элементов, полученных из облученного в энергетических реакторах топлива — МОКС-топливо.
Работы по созданию двухкомпонентной энергетики уже идут. Первые 18 серийных тепловыделяющих сборок с МОКС-топливом топливом были загружены в реактор БН‑800 в январе 2020 года. В январе нынешнего года в активную зону реактора было загружено еще 160 ТВС. Теперь активная зона БН‑800 на треть заполнена МОКС-топливом. Полностью активная зона будет загружена МОКС-топливом в 2022 году.
По оценкам экспертов, за счет рециклирования отработавшего топлива и изготовления новых ТВС с уран-плутониевой смесью объем энергии, который потенциально можно получить от природного урана, увеличивается приблизительно в 100 раз.
Ценный ОГФУ
ОГФУ — это обедненный гексатфторид урана, практически полностью состоящий из изотопов урана‑238, который остается после отделения урана‑235 в процессе обогащения. Из-за того, что он «остается», его считают «отходами» и часто относятся к нему незаслуженно негативно. Однако ОГФУ не отходы, а ценное сырье.
Во-первых, технологии развиваются, поэтому сейчас ОГФУ уже можно дообогащать, то есть извлекать дополнительные порции урана‑235 из обедненного урана. Раньше это было дорого или невозможно технологически. Росатом оказывает услуги по дообогащению обедненного урана и зарубежным компаниям.
Во-вторых, ОГФУ разделяют на оксид обедненного урана и фтористоводородную кислоту. Оксид обедненного урана используется в создании топливной композиции МОКС-топлива для реакторов на быстрых нейтронах. А фтористоводородную (плавиковую) кислоту возвращают в новый цикл обогащения природного урана или производят из нее безводный фтористый водород и продают химическим компаниям. Обесфторивание (деконверсия) интересно еще и потому, что оксид урана удобнее и безопаснее для хранения: фактически, это шаг назад в закись-окись, только уже без урана‑235.
Деконверсией занимаются предприятия в Великобритании, США и Франции (см. «Заводы по обесфториванию урана»).
Обесфториванием обедненного урана Росатом занимается с 2009 года. В Зеленогорске (Красноярский край) на Электрохимическом заводе (входит в ТВЭЛ, топливный дивизион Росатома) была запущена установка по переработке ОГФУ мощностью 10 тыс. тонн в год. Это почти весь объем ОГФУ, получаемого на ЭХЗ при обогащении урана. Производитель установки — французская Orano (на тот момент — Cogema). За 10 лет эксплуатации первая установка «W-ЭХЗ» переработала более 100 тыс. тонн ОГФУ.
ТВЭЛ ведет еще два проекта по обесфториванию. В Новоуральске (Свердловская область) на «Уральском электрохимическом комбинате» предполагается запустить две производственные линии каждая мощностью 10 тыс. тонн обедненного гексафторида урана в год. С августа 2020 года идет проработка проекта — инженерные изыскания, инвестиционное обоснование и др.
На Электрохимическом заводе в настоящее время идут строительно-монтажные работы, необходимые для установки второй производственной линии по обесфториванию мощностью 10 тыс. тонн в год. Ее также поставит Orano. По плану линия будет запущена в 2023 году.
Сейчас на предприятиях Росатома накоплено около 1,2 млн тонн ОГФУ. Запуск новых линий на обоих предприятиях позволит постепенно ликвидировать накопленные объемы ОГФУ. Предположительно — к 2057 году.
«Реализация концепции замкнутого ядерного топливного цикла поможет решить ряд важнейших задач. Во-первых, многократно увеличить сырьевую базу атомной энергетики. Во-вторых — использовать повторно отработавшее ядерное топливо вместо его хранения. В-третьих — вовлечь в ядерный топливный цикл и утилизировать накопленные на складах запасы ОГФУ. Кроме того, развитие технологий рециклинга в атомной отрасли полностью соответствует одной из целей Устойчивого развития ООН — «Ответственное потребление и производство», — отметил вице-президент по научно-технической деятельности и качеству ТВЭЛ Александр Угрюмов.
Топливная компания РОСАТОМА «ТВЭЛ»
Один из крупнейших в мире поставщиков ядерного топлива. ТВЭЛ является монопольным поставщиком ядерного топлива на все российские АЭС, все судовые и исследовательские реакторы нашей страны. Продукция компании поставляется в 15 стран мира, то есть для каждого 6-го энергетического реактора в мире.
